摘要：新型農業大棚仿真控制系統總共可分為三大部分：系統結構、數據通信、控制算法。系統結構使用分層控制，實現農作物區域管理劃分，基本事件各控制單元自行處理；數據通信，以ＺｉｇＢｅｅ通信協議為基礎，設置數據發送的數據幀結構；控制算法使用基于滯回特性的模糊控制算法，設置兩個閾值用于返回數值的判斷，用于加強系統的穩定性和適應性。

　　關鍵詞：ＺｉｇＢｅｅ；分層控制；模糊控制；滯回特性

　?。毕到y模型綜述

　　世界農業的發展，已經在現代化和設施化的道路上走出了很長的距離，這種高效的生產方式已經逐漸代替了傳統的農業生產方式?，F代農業溫室憑借著可控、可檢測、高效率、高生產、管理方便及良好的經濟效益等優點，已經逐漸在世界上越來越普及。系統中使用的控制結構為分層控制，其最大優點在于主要數據處理單位為最末級的控制單元，將最高層的任務下放，減輕最高層的負擔。相對于傳統的集中化數據處理方式，系統的數據處理能力大大增強；可以對應不同種類的種植物，分區域進行控制管理。

　?。卜謱涌刂葡到y

　　對于智能溫室大棚來說，良好的通信手段與控制方法所帶來的是數據傳輸的穩定、可靠與高效率。指令的明確與快速下達直接影響到整個系統的優越性，所以控制方式與方法是新型農業大棚有力的心臟。

　　２．１分層系統的概念

　　現代農業大棚發展迅速，越來越趨于大型化、復雜化，大型的大棚農業園區越來越多，一般的控制系統已經難以滿足需求，因此本文提出一種“分層控制”的概念。分層控制分三層：最高層、組層和控制單元。最高層下連接組層，組層通過類和組的概念進行區分管理，每個組層下又連接多個控制單元，控制單元為最末級，也是直接控制單位，直接與各個執行單元和檢測單元連接［２］。

　?。玻卜謱酉到y的組成

　　將系統分為三級，各級之間相互聯系，最終形成一張足以覆蓋大面積大棚群的系統控制網絡。最高層下連接若干組層控制器，每個組層控制器下連接若干控制單元，直到實現網絡全方位覆蓋。分層控制結構如圖１所示。

　?。硵祿ㄐ艆f議

　　在現代農業大棚中，所需傳輸數據簡單，對傳輸速率和傳輸協議要求不高，只需在固定時間內采集數據并進行控制和檢測。ＺｉｇＢｅｅ技術與其他的無線傳輸技術相比，有著低成本、低功耗、低復雜度、傳輸穩定、可作稍遠距離傳輸的特點，更適合應用于農業大棚控制系統［３］。本系統采用ＺｉｇＢｅｅ通信作為傳輸網絡，并針對農業大棚控制系統的實際情況設計了數據幀。

　　３．１ＺｉｇＢｅｅ無線傳輸及其協議

　?。冢椋纾拢澹迨且环N基于ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準的無線網絡通信協議，分別提供２５０ｋｂ／ｓ（２．４ＧＨｚ）、４０ｋｂ／ｓ（９１５ＭＨｚ）和２０ｋｂｐｓ（８６８ＭＨｚ）的原始數據吞吐率，兩點之間的傳輸距離介于１０～１００ｍ。ＺｉｇＢｅｅ節點分為三類：協調器、路由器和終端。同一網絡中至少需要一個協調器，也只能有一個協調器，每個節點的１６位地址分配（自動分配）由協調器負責。協議，是指通信多方之間的一種通信標準，是一種由人為所定義的通信語言，協議定義了基本的發送格式。ＺｉｇＢｅｅ協議是基于ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準，其協議開發可分為五層：物理層（ＰＨＹ）、介質訪問層（ＭＡＣ）、網絡層（ＮＷＫ）、應用程序支持子層（ＡＰＳ）、應用層（ＡＰＬ）［４］。

　?。常矓祿鬏敻袷脚c幀結構

　?。冢椋纾拢澹鍏f議中只提供一種固定的傳輸標準。具體的發送格式與數據幀的具體形式，要在ＺｉｇＢｅｅ協議所制定的傳輸標準上進行設計，根據傳輸數據內容再次設計具體的數據幀結構。設計過程，即是對數據幀的設定。數據幀中要包含地址、類型號、數據類型、數據段這四個部分［５］。由于ＺｉｇＢｅｅ通信協議中已經包含了數據校驗數據校驗位、開始及停止位等部分，在設計數據幀時就不需要再次設計。

　?。常硞鬏敻袷礁鞑糠肿饔?/p>

　?。常常鳖愋吞栴愋吞柋硎究刂茊卧墓灿袑傩?mdash;——類的數據，直接用ＺｉｇＢｅｅ通信協議中的１６位組號來表示。這樣，對某一個類的控制單元進行控制時，只需要對該組進行組播即可，這也大大提高了效率。

　　３．３．２地址不同于ＺｉｇＢｅｅ通信協議中的短地址，這里的地址是指控制單元的編號，共１６個數據位。地址共分為三部分：層號、組號以及控制單元號［６］。根據分層控制思想，層數有最高層、組層和控制單元層三種，所以層數要在數據幀中占２位。其余１４位由組號以及控制單元號組成，根據分組中控制單元的最大個數來決定。為保證組層控制器的控制可靠性，每個分組中的控制單元個數一般應控制在１２７個以下，故控制單元號應占７位，剩下的７位為組號，規定層號全零的控制器為總控制器，控制單元號全零的控制器為層控制器。

　?。纯刂扑惴?/p>

　　一個控制系統的搭建，必須要依據一種規則或方式進行控制，即控制算法。此次新型農業大棚仿真控制系統的搭建中，所使用的控制算法是將滯回特性概念和模糊控制相結合后的一種基于滯回特性的模糊控制算法。

　　４．１滯回特性

　　施密特觸發器擁有兩個閾值電壓，稱為正向閾值電壓和反向閾值電壓，兩個閾值電壓之差稱為回差電壓。輸入電壓從低到高逐漸上升時，當電平高于某一電壓值時，輸出值變高，這一電壓值稱為正向閾值電壓；輸入電壓從高到低逐漸下降時，當電平低于某一電壓值時，輸出值變低，這一電壓值稱為反向閾值電壓［７］。在電壓傳輸曲線上，此特性呈滯回性，兩電壓之間，稱為回差電壓。回差電壓中，無論電壓如何變化，輸出保持不變。如圖３所示。

　?。矗不跍靥匦缘哪：刂扑惴?/p>

　　在控制系統的算法設計中，可應用基于滯回特性的模糊控制方式，設置正向閾值和反向閾值模擬回差電壓，此回差值直接影響模糊度。模糊度越大，控制的精越低。當將基于滯回特性的模糊控制算法使用到控制系統中時，首先要設置兩個閾值，相當于設置模糊區間。當超出模糊區間的范圍時，就執行對應動作。其優點在于系統無須一直調節，允許數值有一定的變化幅度，增強了系統的容錯率。５結語新型農業大棚控制系統搭建中的所有涉及的技術框架的開發成本較低，所設計的方案中，從通信系統、傳輸方式到控制系統和控制算法都進行了分析。通信系統我們主要使用ＺｉｇＢｅｅ無線通信技術，解決了以往現代農業大棚中鋪設線路煩瑣、復雜和難以檢修的問題；將分層、分類、分組思想融入設計過程中，以便通信對控制系統更好地服務；控制系統中，通過分層控制思想，將數據處理任務下放，保障系統穩定，減輕最高層任務繁重問題，分批分區分類進行控制，方便數據收集和任務控制；控制算法中，使用模糊控制，解決系統運行過程中的不確定性，使用滯回特性式的模糊控制方法，將判斷所允許范圍增大，解決數據波動所導致的命令不斷重復下達問題，增加系統包容性與適應性。

　　參考文獻

　　［１］付玉志．基于ＺｉｇＢｅｅ技術的智慧農業實時采集和遠程控制系統［Ｄ］．杭州：浙江大學，２０１５．

　?。郏玻萃蹩疲冢疲校牵梁停粒遥偷陌l射機功放控制系統設計［Ｄ］．成都：成都理工大學，２０１８．

　?。郏常萁冢冢椋纾拢澹寮埃牵校遥拥氖卟舜笈镞h程無線監測系統設計［Ｄ］．沈陽：沈陽工業大學，２０１８．

　?。郏矗堇铈マ保冢冢椋纾拢澹宓臒o線傳感器網絡協議研究與設計實現［Ｄ］．南京：南京郵電大學，２０１４．

　　［５］周玉山．基于ＦＰＧＡ的多通道ＳＡＴＡ接口設計與實現［Ｄ］．西安：西安電子科技大學，２０１７．